java - 在 Java 中为遗传编程目的创建二叉树

Question

我正在为我正在参加的软件工程类(class)做一个项目。目标是设计一个程序，该程序将使用遗传编程生成适合提供的训练数据的数学表达式。

我刚刚开始这个项目，我正在努力思考如何创建一个二叉树，它允许用户定义树的高度，并保持每个节点分开，以便在以下情况下使交叉和变异更简单我开始实现这些流程。

这是我到目前为止创建的节点类。请原谅我显然缺乏经验。

public class Node
{
    Node parent;
    Node leftchild;
    Node rightchild;

    public void setParent(Node p)
    {
        parent = p;
    }

    public void setLeftChild(Node lc)
    {
        lc.setParent(this);
        leftchild = lc;
    }

    public void setRightChild(Node rc)
    {
        rc.setParent(this);
        rightchild = rc;
    }   
}


public class OperatorNode extends Node
{
    char operator;


    public OperatorNode()
    {
        double probability = Math.random();

        if (probability <= .25)
        {
            operator = '+';
        }
        else if (probability > .25 && probability <= .50)
        {
            operator = '-';
        }
        else if (probability > .50 && probability <= .75)
        {
            operator = '*';
        }
        else
        {
            operator = '/';
        }
    }

    public void setOperator(char op)
    {
        if (op == '+' || op == '-' || op == '*' || op == '/')
        {
            operator = op;
        }
    }


/**
 * Node that holds x variables.
 */
public class XNode extends Node
{
    char x;

    public XNode()
    {
        x = 'x';
    }    
}

import java.util.Random;


public class OperandNode extends Node
{
    int operand;

    /**
     * Initializes random number generator, sets the value of the node from zero to 9.
     */
    public OperandNode()
    {
        Random rand = new Random();
        operand = rand.nextInt(10);
    }

    /**
     * Manually changes operand.
     */
    public void setOperand(int o)
    {
        operand = o;
    }
}

这完成了节点本身所需的一切，但我在试图弄清楚如何将它们变成更大的树时遇到了问题。我意识到我需要使用某种集合类型，但似乎无法在库中找到适合我正在尝试做的事情的集合类型。

即使是朝着正确方向的插入，我们也将不胜感激。

Answer 1

所以你想构建一棵随机的 OperatorNode、OperandNode 和 XNode 树？你说你想让树的深度由用户定义？

定义一个名为 buildRandomTree 或类似名称的递归函数。它应该采用单个 int 参数来表示树的深度。如果深度参数为 1，则返回一个随机的叶节点(OperandNode 或 XNode)。如果深度参数大于1，则随机生成一个OperatorNode，递归调用生成左右子树(深度小于当前层级1)。

根据您要对节点执行的操作，您将必须定义其他递归函数。例如，您可能想要生成表达式树的文本表示。为此，您可以在每个节点类上定义 toString()。 (OperatorNode.toString() 必须在左右子树上调用 toString()。)

您可能还想评估表达式树(使用给定的变量值)。为此，您可以定义另一个递归函数，可能称为 evaluate()。它必须采用一个参数，可能是一个 Map，它将给出您要用来评估表达式的变量值(或“绑定(bind)”)。 (现在你的表达式树只能包含一个变量“x”，但我想你可能想添加更多。如果你确定你只会使用一个变量，那么 evaluate 可以采取“x”的值的单个数字参数。)

evaluate 的 3 个节点类的实现都将非常简单。 OperandNode 和VariableNode 只会直接返回一个值； OperatorNode 必须在左右子树上调用 evaluate，使用适当的操作组合值，然后返回结果。